在需要此類焊接的地方——電子、醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)品、汽車和航空航天應(yīng)用——光纖激光焊接是一種卓越的工藝。它降低了制造成本，同時(shí)提供了設(shè)計(jì)靈活性。
屬性差異影響結(jié)果
理論上，激光可以焊接任何可以通過傳統(tǒng)工藝連接的材料。然而，由于它們?cè)谖锢砗突瘜W(xué)特性上的差異——例如熔點(diǎn)和沸點(diǎn)、導(dǎo)熱性、密度和膨脹系數(shù)——在焊接異種材料時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)問題，從而導(dǎo)致不合格的接頭。
表1說明了金屬的可焊性。焊接異種金屬時(shí)，良好的固溶性對(duì)于焊接性能至關(guān)重要。這只能通過具有兼容熔化溫度范圍的金屬來實(shí)現(xiàn)。如果一種材料的熔化溫度接近另一種材料的汽化溫度，就會(huì)出現(xiàn)焊接性差，往往意味著形成脆性金屬間結(jié)構(gòu)。
Nd：YAG 激光器是理想的
在過去，大多數(shù)不同的焊接項(xiàng)目是用脈沖燈Nd:YAG激光器進(jìn)行的。在占空比足夠低的情況下，燈泵浦激光器能夠產(chǎn)生長、多毫秒的脈沖，峰值功率比激光器的額定平均功率高出許多倍。高峰值功率脈沖燈泵浦Nd:YAG激光器，加上脈沖成形能力，使這些激光器成為焊接不同材料的理想選擇。如果焊縫過深則可以通過根據(jù)接頭的幾何形狀和材料特性調(diào)整啟動(dòng)功率和結(jié)束功率來避免(圖1)。
在Prima Power Laserdyne，焊接專家開發(fā)了一系列脈沖形狀，通過減少焊接裂紋和孔隙率來提高焊接質(zhì)量。他們的重點(diǎn)是在容易出現(xiàn)焊接缺陷（如裂紋、孔隙或兩者兼有）的產(chǎn)品應(yīng)用中提供異種材料焊接解決方案。最常受影響的行業(yè)包括汽車、醫(yī)療、電子和航空航天。使用帶有 S94P控制器的新型LASERDYNE 811系統(tǒng)生成各種脈沖形狀，該系統(tǒng)包括專為脈沖成形設(shè)計(jì)的一系列硬件和軟件功能。在硬件方面LASERDYNE配置的是連續(xù)波 (CW) 和準(zhǔn)連續(xù)波 (QCW) 光纖激光器。
以下是兩個(gè)在異種材料的激光焊接過程中使用脈沖成形來提高焊接質(zhì)量的示例。
灰鑄鐵廣泛用于汽車工業(yè)。這種材料的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是異種材料在鑄鐵上的可焊接性受到由于石墨和鑄造過程缺乏延展性而導(dǎo)致的裂紋和孔隙的影響。在第一個(gè)示例中，汽車部件的一部分需要以部分重疊焊縫配置將 304 不銹鋼焊接至灰鑄鐵。在之前的工藝中，這個(gè)零件采用的是電子束焊接（EBW）工藝，以減少氣孔的形成并消除表面開裂。用戶希望用激光束焊接 (LBW) 代替 EBW，以降低焊接和焊接準(zhǔn)備的成本。由于EBW是在真空中進(jìn)行的，而激光焊接是在大氣壓力環(huán)境中進(jìn)行的，因此激光焊接消除了 X 射線的危險(xiǎn)，同時(shí)，LASERDYNE還設(shè)計(jì)了能夠與EBW產(chǎn)生相同或更好質(zhì)量焊縫的激光參數(shù)，包括脈沖形狀在內(nèi)的激光器參數(shù)開發(fā)工作是用連CW纖激光器進(jìn)行的。
用標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)激光輸出制作的焊接金屬的顯微檢查顯示在接頭表面沒有任何裂紋的跡象，但焊縫的鑄鐵部分存在孔隙（圖2）。使用 LASERDYNE S94P控制器和脈沖成形則沒有產(chǎn)生孔隙（圖3）。
第二個(gè)例子是航空航天業(yè)。焊接和連接技術(shù)在航空航天領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，無論是制造新零件還是修理航空航天結(jié)構(gòu)和部件。大多數(shù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件由鎳基高溫合金制成，航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料在激光焊接過程中容易出現(xiàn)孔隙、開裂或兩者兼而有之。焊接裂紋和氣孔形成的風(fēng)險(xiǎn)取決于焊接條件。在很大程度上，這些焊接缺陷可以通過改變焊接工藝，即優(yōu)化激光和加工參數(shù)來避免。
一個(gè)航空航天部件需要在重疊焊接配置中將Haynes 230（固溶處理的鎳鉻鎢鉬合金）激光焊接到Waspaloy（時(shí)效硬化鎳鉻鈷高溫合金）。考慮到這兩種合金在單獨(dú)焊接時(shí)都容易開裂，因此焊接質(zhì)量要求是在熔合區(qū)沒有開裂或氣孔。
圖4顯示了兩種以CW輸出焊接的鎳基合金之間的異種焊接接頭。焊接采用兩種不同的保護(hù)氣體，分別為氮?dú)夂蜌鍤狻Ｊ褂玫獨(dú)獗Ｗo(hù)氣體的激光焊接導(dǎo)致表面裂紋但沒有孔隙，而使用氬氣保護(hù)氣體制成的焊縫沒有裂紋但孔隙率過高。使用氮?dú)獗Ｗo(hù)氣體減少的孔隙是由于熔池的表面張力降低，使氣泡更容易從熔池中逸出。
使用脈沖成形進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試以提高焊接質(zhì)量。這項(xiàng)操作僅使用氮?dú)獗Ｗo(hù)氣體進(jìn)行。圖 5a 和圖 5b 中顯示的結(jié)果表明，在接頭界面處沒有任何開裂的跡象。與使用CW輸出的焊縫相比，焊縫熔深和表面寬度略有不同；但是，可以通過調(diào)整平均功率和焊接速度來控制焊接形狀，而無需更改脈沖形狀配置。
Prima Power Laserdyne公司的激光脈沖成形技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的異種材料焊接。這些新工藝和LASERDYNE SP94控制器通過解決裂紋和微觀和宏觀孔隙的形成，提高了焊接質(zhì)量。該公司開發(fā)了額外的脈沖成形工藝，以評(píng)估和改進(jìn)光纖激光焊接的許多其他應(yīng)用。
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